圖書館建筑用電節(jié)能的多角度思考

●莊 青（寧夏大學(xué) 圖書館，銀川 750021）

社會(huì)的不斷進(jìn)步推動(dòng)了建筑向可持續(xù)方向發(fā)展，而建筑的可持續(xù)發(fā)展也體現(xiàn)在了建筑的節(jié)能上。大型公共建筑由于單位建筑面積能耗指標(biāo)高，所以總能耗在民用建筑中占較大比重。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和節(jié)能改造的經(jīng)驗(yàn)表明，這類建筑的節(jié)能潛力超過50%。嚴(yán)格設(shè)計(jì)方案審查，減少和避免由于設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致高能耗建筑是大型公共建筑節(jié)能的首要環(huán)節(jié)。

1 通過減少空調(diào)能耗和合理選擇系統(tǒng)冷熱源、生活熱水系統(tǒng)熱源等技術(shù)措施，達(dá)到建筑節(jié)能

圖書館空調(diào)能耗是建筑能耗的重要組成部分，空調(diào)能耗包括三部分，一是制冷設(shè)備的能耗，它取決于制冷量與設(shè)備的能效比。二是水系統(tǒng)的能耗，主要是空調(diào)水泵與冷卻塔的能耗。三是風(fēng)系統(tǒng)的能耗，主要是風(fēng)機(jī)盤管、空調(diào)設(shè)備末端的能耗。充分利用各種條件，可以減少空調(diào)冷負(fù)荷。制冷設(shè)備、水泵、空調(diào)末端設(shè)備的能耗均直接與空調(diào)制冷負(fù)荷有關(guān)，減少空調(diào)冷負(fù)荷對(duì)降低設(shè)備能耗最顯著。

1.1 通過以下技術(shù)手段減少冷負(fù)荷

（1）改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特性。要求建筑設(shè)計(jì)盡量選用保溫性能良好的墻體與屋面材料，以提高玻璃隔熱性能，減少太陽輻射透過率，增加窗戶的遮陽可以用內(nèi)外百頁窗簾。（2）合理確定室內(nèi)的設(shè)計(jì)參數(shù)。在滿足人體舒適條件下，盡量提高夏季的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度和相對(duì)濕度，如果夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取值太低，會(huì)增加空調(diào)的冷負(fù)荷。（3）室內(nèi)局部熱源就地排除。由于使用功能的需要，有些建筑的室內(nèi)空間比較高，上部匯集污蝕高溫?zé)釟猓鐖D書館天井。應(yīng)考慮在熱源附近設(shè)置局部排風(fēng)機(jī)，將熱量及時(shí)直接排至室外，減少空調(diào)負(fù)荷。（4）減少新風(fēng)負(fù)荷控制和正確使用新風(fēng)量是空調(diào)系統(tǒng)有效的節(jié)能措施。在滿足衛(wèi)生、補(bǔ)償排風(fēng)、稀釋有害氣體濃度、保持正壓等要求前提下，不要盲目增大新風(fēng)量。（5）充分利用自然條件。應(yīng)盡量利用自然采光和自然通風(fēng)，以節(jié)約能源。［1］

1.2 合理選擇空調(diào)系統(tǒng)冷熱源、生活熱水系統(tǒng)熱源和加強(qiáng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理以及應(yīng)用節(jié)能技術(shù)來完成空調(diào)節(jié)能

（1）合理選擇空調(diào)系統(tǒng)冷熱源。冷熱源裝置提供空調(diào)系統(tǒng)需要的冷熱量，設(shè)計(jì)方案應(yīng)選用合理的冷熱源形式，采用天然氣及電冷水機(jī)組，按照“高質(zhì)高用”的原則完成能源轉(zhuǎn)換。在消耗同樣品質(zhì)和數(shù)量的能源條件下盡可能多輸出熱量和能量，同時(shí)應(yīng)采用高效制冷機(jī)及鍋爐或其他冷熱源設(shè)備。實(shí)際工程中，圖書館建筑冷熱源選擇普遍存在制冷機(jī)容量過大的現(xiàn)象，因此在負(fù)荷計(jì)算時(shí)應(yīng)采用動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算的方法，對(duì)冷熱負(fù)荷逐項(xiàng)逐時(shí)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)實(shí)際負(fù)荷及特點(diǎn)選擇合適的冷熱源。設(shè)備選型時(shí)不應(yīng)考慮設(shè)計(jì)工況，應(yīng)注意系統(tǒng)運(yùn)行工況和部分負(fù)荷下的系統(tǒng)性能。（2）合理選擇生活熱水系統(tǒng)熱源。生活熱水加熱應(yīng)避免直接電熱或天然氣熱水鍋爐等“高質(zhì)低用”的熱源方式，同時(shí)鼓勵(lì)高效回收排水中的熱量以及利用余熱廢熱作為預(yù)熱，選用高效熱源設(shè)備，降低熱源能耗。此外，對(duì)于電鍋爐的選用，《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中已作了明確的規(guī)定，并作為強(qiáng)制性條文提出，只有該地區(qū)電力確實(shí)充足且電價(jià)優(yōu)惠或者利用如太陽能、風(fēng)能等裝置發(fā)電的建筑，才可以使用電鍋爐。［2］（3）加強(qiáng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理。空調(diào)調(diào)試過程必須由專業(yè)人員嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。系統(tǒng)運(yùn)行過程中必須根據(jù)實(shí)際負(fù)荷對(duì)冷量、水量、風(fēng)量進(jìn)行必要的調(diào)整，在空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的控制上，采用合理劃分系統(tǒng)，VAV系統(tǒng)配合自動(dòng)變頻裝置調(diào)解空調(diào)風(fēng)量，并采用大溫差等輸送技術(shù)；在空調(diào)水系統(tǒng)的控制上采用分區(qū)四管制系統(tǒng)，分別設(shè)置冷熱水泵，采用二次變流量系統(tǒng)，大溫差輸送等技術(shù)；在空調(diào)系統(tǒng)的自控上，VAV系統(tǒng)采用風(fēng)量控制法，并對(duì)周邊控制器連鎖控制，對(duì)冷熱源系統(tǒng)、熱交換設(shè)備、VAV系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制。（4）應(yīng)用節(jié)能技術(shù)。有關(guān)資料表明，如果采用節(jié)能技術(shù)，現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能20%—50%完全可能。

2 通過計(jì)量供熱的技術(shù)與手段來實(shí)現(xiàn)圖書館建筑用電節(jié)能

計(jì)量供熱是我國供熱體制改革的重要組成部分。它的主要目的在于節(jié)約能源，且是在提高采暖用戶熱舒適度，提高熱網(wǎng)供熱水平基礎(chǔ)上的節(jié)能。計(jì)量供熱的節(jié)能是通過各種調(diào)節(jié)和控制方式，使供熱量盡量接近用戶需熱量來實(shí)現(xiàn)的。

（1）室內(nèi)溫控的節(jié)能潛力。由于通常采暖設(shè)備的選型是按照冬季采暖室外計(jì)算溫度（較低值） 確定的，在不同日、不同時(shí)刻室外溫度不斷波動(dòng)時(shí)采暖設(shè)備的出力在絕大部分時(shí)刻是大于實(shí)際采暖負(fù)荷的。在設(shè)有散熱器溫控閥的系統(tǒng)中，通過室內(nèi)恒溫控制，可以及時(shí)減少采暖設(shè)備出力，消除水平和垂直熱力失調(diào)，使各環(huán)路達(dá)到流量和溫度的要求，從而在提高供熱環(huán)境熱舒適度的同時(shí)節(jié)約大量的能源。室溫控制的另一個(gè)節(jié)能潛力在于可以充分利用日照得熱、人體活動(dòng)散熱等自由熱，而不再僅僅是將它們當(dāng)作采暖的安全裕量。國內(nèi)示范工程的節(jié)能率約為20%—25%。（2）氣候補(bǔ)償器的節(jié)能作用。氣候補(bǔ)償器的工作原理是當(dāng)室外氣候發(fā)生變化時(shí)，室外溫度傳感器將信息傳至氣候補(bǔ)償器，據(jù)其內(nèi)部設(shè)定的調(diào)節(jié)曲線，確定恰當(dāng)?shù)墓┧疁囟龋谂c實(shí)際供水溫度對(duì)比后，輸出動(dòng)作信號(hào)至執(zhí)行器——電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)流量使供水溫度符合設(shè)定的調(diào)節(jié)曲線。在實(shí)際運(yùn)行中，由于受管理水平及管網(wǎng)條件的限制，供熱量通常是需熱量的150%—170%，有時(shí)甚至達(dá)到200%。在供熱端采用氣候補(bǔ)償器，避免了因憑經(jīng)驗(yàn)和感覺進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行操作而造成的大量能源浪費(fèi)，同時(shí)供水溫度的降低，也使管路沿程的熱力損失降低，（通常熱水管網(wǎng)熱損失占總輸熱量5%—8%，供回水平均溫度tp每降低1℃，熱損失較設(shè)計(jì)工況tp=82.5℃減少1.2%）減少了無效能耗，節(jié)能比率約在15%—30%。設(shè)置氣候補(bǔ)償器是供熱系統(tǒng)節(jié)能的必要措施。（3）變流量系統(tǒng)的節(jié)能分析與調(diào)節(jié)。計(jì)量供熱系統(tǒng)中，變流量即量調(diào)節(jié)一般分為用戶自主調(diào)節(jié)和熱源集中調(diào)節(jié)兩種情況。用戶的自主調(diào)節(jié)為用戶根據(jù)自身需要改變室內(nèi)溫度設(shè)定從而使系統(tǒng)流量改變。熱源集中調(diào)節(jié)是供熱方根據(jù)室外氣溫變化調(diào)節(jié)供水流量，如有恒定供水溫度的量調(diào)節(jié)、分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)、分階段改變供水溫度的量調(diào)節(jié)、變頻泵量的質(zhì)調(diào)節(jié)等。在實(shí)際應(yīng)用中分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方式最為普遍，廣泛應(yīng)用于還未推廣變速水泵的中小型供熱系統(tǒng)，常由多臺(tái)水泵的并聯(lián)組合來實(shí)現(xiàn)。［3］

3 通過提高照明系統(tǒng)的設(shè)置和相關(guān)設(shè)備的效率來實(shí)現(xiàn)圖書館照明用電節(jié)能

3.1 確定科學(xué)合理的照度標(biāo)準(zhǔn)，選用高效、綠色光源、節(jié)能型燈具

（1）確定合理的照度標(biāo)準(zhǔn)。圖書館照明按使用功能劃分為：閱覽室照明、書庫照明、辦公室照明、走道照明、公共部分照明，裝飾部分照明、室外建筑物景觀照明等。（2）采用高效節(jié)能的光源。在圖書館中最好采用緊湊型熒光燈或鹵鎢燈取代普通白熾燈。在閱覽室、開放型書庫、辦公室等可以用細(xì)管的36WT直管熒光燈，細(xì)管熒光燈與原40W熒光燈相比，在耗電相同的情況下，光輸出可以提高10%，壽命可以提高到24000小時(shí)。（3）采用高品質(zhì)的照明燈具。在圖書館用電時(shí)間較長的閱覽室和電子閱覽室，最好選用經(jīng)過中國電氣產(chǎn)品認(rèn)證委員會(huì)檢測(cè)認(rèn)證的具有綠色環(huán)保標(biāo)志的照明器具，以創(chuàng)造出舒適的閱讀效果。同時(shí)要經(jīng)常保持照明設(shè)備的清潔。（4）用電子型鎮(zhèn)流器替代電感型鎮(zhèn)流器。

3.2 按照度等級(jí)分組、分相、間隔的設(shè)計(jì)原則，合理設(shè)計(jì)照明回路

照明設(shè)計(jì)主要是照明回路的設(shè)計(jì)，它是以光線的照度為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮照度的均勻度、眩光度、顯色性、立體感等物理量為指標(biāo)，來進(jìn)行照明環(huán)境的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行照明環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮人眼的視覺特性、人體的舒適感，以及建筑和照明藝術(shù)，在滿足照度、照度均勻性、眩光度、色溫色差、冷/熱光源等技術(shù)指標(biāo)和特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合建筑物本身的結(jié)構(gòu)、景深、高度、裝飾、人文環(huán)境等來進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。

3.3 利用先進(jìn)的控制技術(shù)對(duì)圖書館照明回路進(jìn)行有效控制

（1）實(shí)現(xiàn)照明控制智能化，可以使人工照明系統(tǒng)工作在全自動(dòng)狀態(tài)，按預(yù)先設(shè)定的若干基本狀態(tài)進(jìn)行工作；這些狀態(tài)會(huì)按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間相互自動(dòng)地切換，并將照度自動(dòng)調(diào)整到工作最合適的水平。如，在靠近窗戶等自然采光較好的場(chǎng)所，系統(tǒng)會(huì)很好地利用自然光照明調(diào)節(jié)到最合適的水平；當(dāng)天氣發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)仍能夠自動(dòng)將照度調(diào)節(jié)到最合適的水平。（2）采用智能照明控制系統(tǒng)可預(yù)先設(shè)置不同的場(chǎng)景于模塊中，在需要時(shí)只要對(duì)相應(yīng)的控制面板進(jìn)行操作即可調(diào)入相應(yīng)的場(chǎng)景。用戶還可以通過可編程控制面板對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行適時(shí)調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同的場(chǎng)景要求。另外，用戶還可以通過可編程接口，用便攜式編程器進(jìn)行不同場(chǎng)景的變換設(shè)置。圖書館智能照明控制還可以采用區(qū)域場(chǎng)景控制的方法。區(qū)域場(chǎng)景控制就是將每層走廊、首層大廳、開架書庫、閱覽室等設(shè)為不同的控制區(qū)域，每個(gè)控制區(qū)域的照明環(huán)境分為4個(gè)不同的照度等級(jí)，即緊急照明、33%照度、66%照度和100%照度。緊急照明應(yīng)納入到消防控制電源或UPS電源供電中，不受照明控制系統(tǒng)控制，其余的3個(gè)不同的照度等級(jí)設(shè)計(jì)為3個(gè)不同的照明供電回路，每一路照明回路通過BA系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)DDC控制，實(shí)現(xiàn)3個(gè)不同照度等級(jí)的控制。圖書館照明電源供電由單相電源改為三相電源供電的好處是：一是有利于三相負(fù)載的平衡；二是有利于減弱光源閃爍現(xiàn)象，改善光使用環(huán)境。［4］三是解決了燈具不能控制、不能調(diào)節(jié)的問題，為圖書館燈具間隔開啟創(chuàng)造了條件。［4］

技術(shù)的進(jìn)步與社會(huì)的發(fā)展，以及人們對(duì)建筑舒適度的要求越來越高，促使公共建筑用電系統(tǒng)向高效、節(jié)能、環(huán)保與靈活、舒適、人性化方向不斷進(jìn)步，作為一個(gè)具有民族或文化象征意義的文化建筑——圖書館，在建筑設(shè)計(jì)中不但要符合時(shí)代精神，在形式上推陳出新，圖書館建筑更要體現(xiàn)時(shí)代的建筑理念和特征，更應(yīng)該體現(xiàn)節(jié)能的主題。圖書館建筑設(shè)計(jì)中用電節(jié)能就是對(duì)現(xiàn)代公共建筑節(jié)能的最好詮釋。

［1］程瑞瑞，等．城市空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀及其節(jié)能措施［J］．廣東省暖通空調(diào)制冷學(xué)術(shù)年會(huì)專刊，2005：72－78.

［2］張愛萍．淺談公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性［J］．科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006，16（13）：229－230.

［3］高翔，等．計(jì)量供熱系統(tǒng)的節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性分析［J］．重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（6）：91－93.

［4］楊國棟．公共建筑照明系統(tǒng)的控制與節(jié)能［J］．樓宇自動(dòng)化，2005（11）：78－81．